微幅波干扰下线性定常系统的干扰抑制控制(2)

菜单

控制系统都是在各种外界扰动的影响下工作的。在微幅波持续扰动下的线性系统，微幅波波载荷被认为是一个外系统的输入。我们主要研究前馈反馈最优控制律，和传统的反馈最优控制的设计问题，给出最优控制律的存在唯一性条件，提出最优控制律的设计算法，并通过仿真完成不同控制规律下的控制效果的比较。由于海洋环境的复杂性，要对海洋平台实现实时稳定控制，难度比较大，但是我们如果能建立平台受力模型，得到平台在海洋环境波浪载荷下的运动规律，再结合主动控制技术，将能有效提高海洋平台稳定系统的控制精度与控制效率。论文网

本文中，我们根据研究对象特点，通过对海洋波浪运动规律的研究，采用适合线性系统模型的波浪理论，分析了波浪力对海洋平台的作用。基于船舶力学、海洋工程波浪力学等理论，我们建立了一个海洋小型平台的简化模型，得到平台的受力及运动情况。海洋结构通过提取平台的第一振型简化为单自由度系统。在对海洋平台的简化模型进行受力分析后，我们再通过仿真进一步得到受力对象在波浪力作用下的位移、速度曲线，可以分析出其运动规律，从而更好地选择控制策略。本文主要研究了带有主动质量阻尼器(AMD)的导管架式海洋平台的振动控制。我们开发前馈反馈最优控制律来减少波浪诱导振动。

1.1 研究背景

在自然界中，控制系统往往受到各种外部扰动的影响。海岸和近海工程在人类活动中扮演着重要的角色。海洋平台所处的环境尤其恶劣，海洋结构被暴露在各种载荷下：例如地震、波浪、风力、流、重力及平台上设备等等。在所有提到的中，波动力是对海洋结构最重要的环境载荷。受到多种载荷的作用，海洋结构将会产生剧烈的振动，给生产、生活带来诸多不利影响。程度轻者会让人感到恐慌，严重者也许会导致海洋平台的疲劳破坏，从而造成海洋平台坍塌的危险。为确保平台的可靠性和安全性，我们应该限制海洋结构的位移和速度。因此，我们有必要来研究波载荷和相应的海洋结构的响应之间的关系，并找到有效的海洋平台结构的扰动抑制控制算法。平台振动控制的研究已经成为从事海洋工程技术工作人员的热门课题。

微幅波理论是各种波理论中最为基本的理论，其概念清晰，运用方便，是解决港口、海岸工程各种实际问题最重要的工具之一。研究微幅波扰动理论是具有基础性指导意义的。一方面，它是最简单的规则波理论。另一方面，由于谱分析方法能够给出波谱中各组成波的能量分布，叠加的微幅波在模拟随机波状态特性上也扮演重要角色。若对此类外部波扰动信号，受控系统的被调输出总能保持是“小”的，则我们有理由认为动态系统抑制外部扰动具有“好”的能力。然而，持续微幅波扰动是稳定的但非渐进稳定。控制向量的稳态值一般是等幅振荡的过程。状态变量和控制力将不能同时趋于零，而且将一直保持波动的状态。文献综述

波的传播相对较慢，且可观测，那么作用在海洋平台上的波浪是可近似预测的，因此本文采用最优控制中的线性前馈反馈控制方法对海洋平台的振动加以控制，即最优控制力是依据环境荷载和结构响应信息确定的。依据设计目标中对安全性以及经济性的权衡，采用二次型控制目标函数，推导出了最优控制力的计算方法。

1.2 研究现状

1.3 研究内容及方法

本文主要研究了带有AMD的导管架式海洋平台的振动控制。我们开发前馈反馈最优控制律来减少波浪诱导振动。微幅波波载荷被认为是一个外系统的输出。海洋结构通过提取平台的第一振型简化为单自由度系统，为了应用计算机控制，它被转化为一个加有外部微幅波扰动的线性定常系统。然后，受到微幅波波载荷的原始结构AMD模型的振动控制转化为一个受到已知动态特性但未知初始条件的外部持续扰动作用下的线性定常系统的最优控制。因为波浪力是包含在前馈反馈最优控制律方案的前馈补偿器中，波浪诱导激发显著被抑制的同时控制力也减少。为了验证前馈反馈最优控制律的有效性，我们进行了一个关于带有AMD的导管架式海洋平台的前馈反馈最优控制律的数值实例研究，把侧甲板在不同的控制规律下的运动的减弱进行了比较。仿真结果表明，前馈反馈最优控制律比经典的状态反馈最优控制律更有效。